空客官宣：利用鈦合金3D打印技術引領飛機制造行業

3D打印技術參考注意到，空客公司于近日官宣將采用鈦合金3D打印技術引領飛機制造行業。其指出，未來客運飛機上的承力和易疲勞部件，將采用增材技術層層制造出來，而不是像以前那樣采用減材技術切割下來。多年以來，空客公司為實現這一目的已經進行了積極準備，這一目標正逐漸成為現實。

空客特別提及了基于金屬絲材的定向能量沉積3D打印技術（w-DED）。該技術使用多軸機械臂、鈦絲，以高精度移動。能量源以激光、等離子或電子束為主。3D打印過程中，能量源聚焦到鈦絲上，瞬間將其熔化，并逐層熔合到表面上。

從技術形式上，它類似于焊接，但以3D模型為指導，從“無到有”地打印出物體，形成所謂的“毛坯”。這個毛坯看起來非常接近最終所需的形狀，即“近凈成形”，隨后進行減材加工，使其符合零件設計的精確尺寸。這種鈦合金增材制造技術與傳統的減材制造方法（例如板材加工或鍛造）相比，能夠以更少的材料浪費制造飛機結構件。

采用能量沉積工藝

3D打印大型客機零件

空客指出，雖然金屬3D打印技術在航空航天領域已經應用了大約十年，但采用的主要的工藝類型是激光粉末床熔融（LPBF）3D打印技術，而且所制造得了零件尺寸多為500mm左右的小尺寸零件。

但空客在十年前就暢想要使用3D打印技術制造整個機身，使用LPBF技術就是再盼20年幾乎也不可能實現。而能量沉積技術則不然，它能夠制造大型復雜零件，已經有大量的公開展覽和宣傳公布了激光DED技術在飛機主承力結構中的使用。

空客早期使用LPFB金屬3D打印制造的拼接功能組件

王華明院士送粉DED技術3D打印的大型框梁結構已在飛機上獲得應用

空客指出，基于絲材的DED技術使其能夠從打印小型零部件擴展到制造長達7米的大型鈦合金結構件。這項新工藝比粉末床3D打印更快，將產量從每小時數百克提升至每小時幾公斤。這一飛躍有望使3D打印技術在商用飛機大型結構件的工業化、大批量生產成為可能。

有助于減少鈦原材料浪費

為什么要關注鈦？鈦金屬因強度高、重量輕以及與現代碳纖維復合材料結構的兼容性（例如耐腐蝕性、相對膨脹系數和其他性能）成為飛機制造的關鍵材料。但是，鈦合金也是一種高價值原材料，因此節約鈦資源至關重要。

傳統基于鍛造工藝制造鈦合金材料，須進行減材加工才能獲得最終零件，該過程會產生大量“廢料”。在飛機制造行業，通常會通過“買飛比”來衡量，即采購的原材料數量與飛機上實際使用的原材料數量之比。在傳統工藝中，鈦合金的浪費量達到80%-95%。

空客DED制造的近凈成型大型零件

挪威鈦等離子沉積3D打印鈦合金

采用3D打印技術，此類浪費大多從源頭上得到避免。這是因為零件“生長”成的形狀已經非常接近最終設計（“近凈成形”），因需要加工去除的材料極大減少。

為飛機研發帶來靈活性

傳統的模鍛工藝需要制造大型復雜的模具，耗時長達兩年，且前期需要大量資金投入。相比之下，3D打印零件的形狀由計算機程序決定，將交付周期縮短至短短幾周。3D打印技術的靈活性將直接助力首架研發飛機的成功和及時建造，尤其是在最終詳細部件設計還需要調整和優化的階段。

在此方面，我國C919大飛機的研制提供了一個典型案例。王華明院士曾在2022年的《院士開講》等欄目中透露，C919機頭主風擋窗框也是3D打印的。這個部件結構復雜、尺寸很大。但是當時國內的飛機制造廠用傳統方法無法做出，只有歐洲一家公司能做出來，但要花2年、200萬美元才能制造，這個代價可以說是相當昂貴的。如果依賴這家歐洲公司，就會導致C919成本急劇上升，性價比和競爭力無法與空客和波音相比。而且，國產大飛機的研發進度緊迫，無法耗費兩年時間等待一個窗框。

2009年，王華明院士和他的科研團隊在接到任務后，僅耗時55天就完成了窗框的設計，完全符合原始圖紙，順利保障了我國大飛機的研發進程；同時，其總費用甚至不到200萬元人民幣，極大節約了研制成本！

空客A350生產的首次驗證

空客近期已開始將大尺寸的DED 3D打印部件批量集成到A350的貨艙門周圍區域。這些用于探索階段的專用部件采用等離子金屬絲材DED技術進行3D打印，經超聲波檢測，最終在空客工廠完成加工和安裝。

DED首批下框架交付

這些部件在功能和幾何形狀上與它們所替代的傳統鍛造部件完全相同，但卻能立即帶來實實在在的成本節約。

空客的下一個目標是從A350 DED 3D打印部件入手，逐步將其推廣到其他項目和其他飛機（包括長遠來看的機翼和起落架）更關鍵的應用領域。

起飛過程起落架工作情況

重要的是，這項技術實現了“面向分布式能源設計 (DED)”的概念。工程師們不再需要將復雜的組件設計成多個獨立部件，然后再將它們組裝在一起，而是可以將其設計成一個單一、精細且優化的組件，并一次性打印完成。這種將多個組件合并為一個的優勢將簡化供應鏈，減少組裝人工，縮短生產周期，并充分釋放下一代3D打印客機的潛力。

空客未來飛機概念設計

如今，空客及其合作伙伴正積極推進關鍵部件的定向能量沉積技術經驗積累，并取得了令人矚目的成果。工程師們正在測試各種能源，包括等離子體、電弧焊、電子束和激光束，同時評估“外購”（外包打印）和“自制”（內部完成）兩種策略。此外，由于這項技術以空客集團層面的統籌方式進行管理，最終成果將成為行業標準，并在整個公司范圍內得到應用。

注：本文由3D打印技術參考創作，未經聯系授權，謝絕轉載。

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